In un articolo pubblicato sulla rivista npj Computational Materials , riferiscono che ciò può accelerare la ricerca di materiali rilevanti per applicazioni in settori chiave come il settore energetico. Prevedono inoltre di combinare il metodo con l'intelligenza artificiale e le tecniche di apprendimento automatico per accelerare ulteriormente il processo.

Finora metodi simili si sono concentrati sui materiali sfusi piuttosto che sulle superfici, spiegano i due fisici. "Tutti i processi rilevanti per la conversione, la produzione e lo stoccaggio dell'energia avvengono sulle superfici", afferma Cocchi, che dirige il gruppo di ricerca sulla fisica teorica dello stato solido presso l'Università di Oldenburg.

Tuttavia, il calcolo delle proprietà materiali delle superfici è molto più impegnativo rispetto a quello dei cristalli completi, poiché le sfaccettature superficiali hanno spesso una struttura complessa a causa di fattori quali difetti nella struttura cristallina o la crescita irregolare di un cristallo, spiega.

Questa complessità pone problemi ai ricercatori nel campo della scienza dei materiali:"Spesso non è possibile determinare chiaramente le proprietà dei campioni negli esperimenti", spiega Cocchi. Ciò ha motivato Cocchi e il suo collega Saßnick a sviluppare una procedura automatizzata per lo screening di alta qualità delle caratteristiche dei nuovi composti.

Risultati affidabili

Il risultato del loro lavoro è stato incorporato nel programma informatico goal2dat, che richiede come input solo la composizione chimica di un composto. Le informazioni sulla struttura del cristallo vengono estratte da database esistenti. Il software calcola quindi le condizioni in cui la superficie del materiale è chimicamente stabile.

Nella seconda fase determina le proprietà chiave, in particolare l’energia necessaria per eccitare gli elettroni negli stati di conduzione o staccarsi da una superficie. Questo parametro gioca un ruolo importante, ad esempio, nei materiali che convertono l'energia solare in elettricità. "Non facciamo alcuna ipotesi nei nostri calcoli; utilizziamo solo le equazioni fondamentali della meccanica quantistica, motivo per cui i nostri risultati sono molto affidabili", spiega Cocchi.

I due scienziati hanno dimostrato l'applicabilità del metodo utilizzando il semiconduttore al tellururo di cesio. I cristalli di questo materiale, utilizzato come sorgente di elettroni negli acceleratori di particelle, possono presentarsi in quattro forme diverse. "La composizione e la qualità dei campioni di materiale sono difficili da controllare negli esperimenti", osserva Saßnick. Tuttavia, i ricercatori di Oldenburg sono stati in grado di eseguire un'analisi dettagliata delle proprietà fisiche delle diverse configurazioni dei cristalli di tellururo di cesio.

Cocchi e Saßnick hanno incorporato il software in una libreria di programmi accessibile al pubblico in modo che anche altri ricercatori possano utilizzare e migliorare la procedura. "Il nostro metodo ha un grande potenziale come strumento per scoprire nuovi materiali, e in particolare solidi fisicamente e strutturalmente complessi, per tutti i tipi di applicazioni nel settore energetico", afferma Cocchi.